面向轨道气动应用的气体-表面相互作用模型综述
空间物理
2021-01-05 v3
摘要
对极低地球轨道(VLEO)——即高度低于450 km的轨道——兴趣的重新兴起，导致对精确环境表征与气动力预测的需求增加。前者需要了解驱动热层密度变化的机制，而后者还取决于残余大气中的气体粒子与暴露于流动中的表面之间的相互作用。气动系数的确定受到表征暴露表面所发生物理过程的大量不确定性的阻碍。过去60年间已提出若干模型，旨在将精度与相对简单的实现相结合。本文选取并综述了最流行的模型，以与轨道气动应用的相关性及与气体束实验数据的理论一致性作为判别因素。更复杂的模型被忽略，因为其精度的提高通常伴随计算时间的显著增加，这可能不适合大多数空间工程应用。为清晰起见，对基于物理的与基于散射核理论的气体-表面相互作用模型作了区分。物理模型类包含硬立方模型、软立方模型与搓板模型，而散射核族由麦克斯韦模型、诺西拉-赫尔巴特-谢尔曼模型与切尔奇尼亚尼-兰皮斯-洛德模型组成。针对本文背景讨论了各模型的局限与优势。在可能之处提供了评论，以帮助读者识别气体-表面相互作用科学在轨道气动应用方面可能的未来挑战。
引用
@article{arxiv.2010.00489,
title = {A Review of Gas-Surface Interaction Models for Orbital Aerodynamics Applications},
author = {Sabrina Livadiotti and Nicholas H. Crisp and Peter C. E. Roberts and Stephen D. Worrall and Vitor T. A. Oiko and Steve Edmondson and Sarah J. Haigh and Claire Huyton and Katharine L. Smith and Luciana A. Sinpetru and Brandon E. A. Holmes and Jonathan Becedas and Rosa María Domínguez and Valentín Cañas and Simon Christensen and Anders Mølgaard and Jens Nielsen and Morten Bisgaard and Yung-An Chan and Georg H. Herdrich and Francesco Romano and Stefanos Fasoulas and Constantin Traub and Daniel Garcia-Almiñana and Silvia Rodriguez-Donaire and Miquel Sureda and Dhiren Kataria and Badia Belkouchi and Alexis Conte and Jose Santiago Perez and Rachel Villain and Ron Outlaw},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.00489},
year = {2021}
}
备注
Journal paper (accepted for publication in "Progress in Aerospace Sciences") Replacement: Corrected typos in Equations